双三次插值及优化Word格式文档下载.docx

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=Abs（x）<

1

S（x）=｛4-8*Abs（x）+5*Abs（x）^2-Abs（x）^3　,1<

2

　　┗0　　　　　　　　　　　　　　　,Abs（x）>

=2

S（x）是对Sin（x*Pi）/x的逼近（Pi是圆周率——π），为插值核。

2.计算流程

1.获取16个点的坐标P1、P2……P16

2.由插值核计算公式S（x）分别计算出x、y方向的插值核向量Su、Sv

3.进行矩阵运算，得到插值结果

iTemp1=Su0*P1+Su1*P5+Su2*P9+Su3*P13

iTemp2=Su0*P2+Su1*P6+Su2*P10+Su3*P14

iTemp3=Su0*P3+Su1*P7+Su2*P11+Su3*P15

iTemp4=Su0*P4+Su1*P8+Su2*P12+Su3*P16

iResult=Sv1*iTemp1+Sv2*iTemp2+Sv3*iTemp3+Sv4*iTemp4

4.在得到插值结果图后，我们发现图像中有“毛刺”，因此对插值结果做了个后处理，即：

设该点在原图中的像素值为pSrc，若abs（iResult-pSrc）大于某阈值，我们认为插值后的点可能污染原图，因此用原像素值pSrc代替。

3.算法优化

由于双三次插值计算一个点的坐标需要其周围16个点，更有多达20次的乘法及15次的加法，计算量可以说是非常大，势必要进行优化。

我们选择了Intel的SSE2优化技术，它只支持在P4及以上的机器。

测试当前CPU是否支持SSE2，可由CPUID指令得到，代码为：

BOOLg_bSSE2=FALSE;

__asm

{

moveax,1;

cpuid;

testedx,0x04000000;

jzNotSupport;

movg_bSSE2,1

NotSupport:

}

支持SSE2的CPU引入了8个128位的寄存器，这样一个寄存器中就可以存放4个点（RGB），有利于并行计算。

详细代码见Transform.cpp中函数Optimize_Bicubic。

优化中遇到的问题：

1.图像每个点由RGB通道组成，由于1个SSE2寄存器有16个字节，这样读入4个像素点后，要浪费4个字节，同时要花费时间将数据对齐，即由BRGB|RGBR|GBRG|BRGB对齐成0RGB|0RGB|0RGB|0RGB;

2.读16字节数据到寄存器时，由于图像地址不能保证是16字节对齐，因此需用更多时钟周期的MOVDQU指令（6个以上时钟周期）；

如能使地址16字节对齐，则可用MOVDQA指令（1个时钟周期）;

3.为了消除除法及浮点运算，对权值放大256倍，这样在计算插值核时，必须用2Bytes来表示1个系数，而图像数据都是1Byte，这样在对齐做乘法时，要浪费一半的SSE2寄存器的空间，导致运算时间变长；

而若降低插值核的精度，使其在1Byte表示范围内时，运算的精度又大为下降；

4.对各指令的周期以及若干行指令是否能够并行流水缺乏经验和认识。

附：

SSE2指令整理

算术（Arithmetic）指令：

ADDPD--PackedDouble-PrecisionFloating-PointAddSSE2

2个double对应相加

ADDPDxmm0,xmm1/m128

ADDPS--PackedSingle-PrecisionFloating-PointAddSSE

4个float对应相加

ADDPSxmm0,xmm1/m128

ADDSD--ScalarDouble-PrecisionFloating-PointAdd

1个double（低端）对应相加SSE2

ADDSDxmm0,xmm1/m64

ADDSS--ScalarSingle-PrecisionFloating-PointAddSSE

1个float（低端）对应相加

ADDSSxmm0,xmm1/m32

PADDB/PADDW/PADDD--PackedAdd

Opcode

Instruction

Description

0FFC/r

PADDBmm,mm/m64

Addpackedbyteintegersfrommm/m64andmm.

660FFC/r

PADDBxmm1,xmm2/m128

Addpackedbyteintegersfromxmm2/m128andxmm1.

0FFD/r

PADDWmm,mm/m64

Addpackedwordintegersfrommm/m64andmm.

660FFD/r

PADDWxmm1,xmm2/m128

Addpackedwordintegersfromxmm2/m128andxmm1.

0FFE/r

PADDDmm,mm/m64

Addpackeddoublewordintegersfrommm/m64andmm.

660FFE/r

PADDDxmm1,xmm2/m128

Addpackeddoublewordintegersfromxmm2/m128andxmm1.

PADDQ--PackedQuadwordAdd

0FD4/r

PADDQmm1,mm2/m64

Addquadwordintegermm2/m64tomm1

660FD4/r

PADDQxmm1,xmm2/m128

Addpackedquadwordintegersxmm2/m128toxmm1

PADDSB/PADDSW--PackedAddwithSaturation

0FEC/r

PADDSBmm,mm/m64

Addpackedsignedbyteintegersfrommm/m64andmmandsaturatetheresults.

660FEC/r

PADDSBxmm1,

xmm2/m128

Addpackedsignedbyteintegersfromxmm2/m128andxmm1saturatetheresults.

0FED/r

PADDSWmm,mm/m64

Addpackedsignedwordintegersfrommm/m64andmmandsaturatetheresults.

660FED/r

PADDSWxmm1,xmm2/m128

Addpackedsignedwordintegersfromxmm2/m128andxmm1andsaturatetheresults.

PADDUSB/PADDUSW--PackedAddUnsignedwithSaturation

0FDC/r

PADDUSBmm,mm/m64

Addpackedunsignedbyteintegersfrommm/m64andmmandsaturatetheresults.

660FDC/r

PADDUSBxmm1,xmm2/m128

Addpackedunsignedbyteintegersfromxmm2/m128andxmm1saturatetheresults.

0FDD/r

PADDUSWmm,mm/m64

Addpackedunsignedwordintegersfrommm/m64andmmandsaturatetheresults.

660FDD/r

PADDUSWxmm1,xmm2/m128

Addpackedunsignedwordintegersfromxmm2/m128toxmm1andsaturatetheresults.

PMADDWD--PackedMultiplyandAdd

0FF5/r

PMADDWDmm,mm/m64

Multiplythepackedwordsinmmbythepackedwordsinmm/m64.Addthe32-bitpairsofresultsandstoreinmmasdoubleword

660FF5/r

PMADDWDxmm1,xmm2/m128

Multiplythepackedwordintegersinxmm1bythepackedwordintegersinxmm2/m128,andaddtheadjacentdoublewordresults.

PSADBW--PackedSumofAbsoluteDifferences

0FF6/r

PSADBWmm1,mm2/m64

Absolutedifferenceofpackedunsignedbyteintegersfrommm2/m64andmm1;

differencesarethensummedtoproduceanunsignedwordintegerresult.

660FF6/r

PSADBWxmm1